【摘 要】
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军事力量是一个国家的基础,一个国家只有在军事方面强大起来,才能拥有在国际社会上的话语权,才能保证国泰民安。为应对在军事领域中,一些封闭性金属外壁内设备的供电问题,当采用现阶段较为成熟的电感耦合或电磁无线传能时,由于趋肤效应的影响,电磁波在穿透金属时,会出现严重的能量衰减,则采用超声耦合无线电能传输(UCWPT)技术解决穿金属供能问题。考虑到当前的研究方向不是拘泥于超声携能,亦或是超声通信,本文则主
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军事力量是一个国家的基础,一个国家只有在军事方面强大起来,才能拥有在国际社会上的话语权,才能保证国泰民安。为应对在军事领域中,一些封闭性金属外壁内设备的供电问题,当采用现阶段较为成熟的电感耦合或电磁无线传能时,由于趋肤效应的影响,电磁波在穿透金属时,会出现严重的能量衰减,则采用超声耦合无线电能传输(UCWPT)技术解决穿金属供能问题。考虑到当前的研究方向不是拘泥于超声携能,亦或是超声通信,本文则主要借鉴时分复用思想,将携能与通信进行整合,既保证了无线能量传输,同时进行通信校验,保证了整套供能系统的可靠性和安全性。开篇介绍了电磁波无线传能的发展历史,同时针对超声耦合无线电能传输的研究背景和国内外现状进行对比分析,阐述了超声换能器的基础理论,对超声波的特性、换能器的性能指标、压电效应和压电方程逐一分析,并通过机电类比思想总结了压电材料的谐振特性。设计谐振频率点测量系统来测量压电换能器的谐振频率点,并在该谐振频率点进行阻抗匹配网络设计来提高传输效率。为了实现超声换能器大功率能量传输系统,设计了电源电路、整流滤波电路、稳压电路、充电电路和锂电池电量监测电路,并针对在不同负载、不同金属穿透厚度等条件下,对携能传输效率进行了测试与分析。为实现穿金属通信,在实验对比下,采用了FSK调制和非相干解调方式构建了一套通信系统,涉及到FSK调制电路、检波电路、低通滤波器、比较电路和人机交互界面的设计,并分场景测试了短字符和长字符传输的准确率。利用时分复用思想将携能和通信两套系统进行整合,考虑到固态继电器存在漏电流,采用了舵机设计的物理切换开关将携能和通信功能根据通信规则接入到超声换能器,经过实验测试,该套系统能够实现单向携能和半双工通信功能。
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